Une spirale au cœur de l'étoile express
Un patineur sur glace ramène ses bras contre son corps et sa rotation s'accélère brusquement. Lorsqu'une étoile massive épuise son carburant et que son noyau s'effondre, un phénomène analogue se produit, mais à l'échelle cosmique. Le noyau se comprime en une sphère de la taille d'une ville, et s'il tourne rapidement, une instabilité particulière peut apparaître. La matière de la étoile à neutrons naissante se met à tourner en spirale, comme l'eau qui s'engouffre dans un entonnoir.
Cette spirale n'est pas seulement esthétique. Elle agit comme un gigantesque mixeur qui secoue périodiquement l'espace-temps, engendrant des ondes gravitationnelles (des ondulations dans le tissu de l'Univers). Simultanément, elle modifie le flux de neutrinos (des particules fantômes qui interagissent à peine avec la matière), surtout près de l'équateur de l'étoile. Les scientifiques ont réalisé cinq simulations de l'effondrement d'une étoile de 35 masses solaires, en variant à chaque fois le comportement de la matière hyperdense. L'instabilité est apparue dans tous les cas, mais sa nature changeait : le moment de son déclenchement, sa durée de vie et la fréquence des ondes gravitationnelles dépendaient de la rigidité et de la compacité du noyau.
En captant un tel signal sur Terre, les astronomes pourraient sonder l'intérieur d'une étoile à neutrons et comprendre sa composition. Auparavant, ils devaient se fier uniquement aux neutrinos ; désormais, une seconde source d'information indépendante apparaît. C'est comme si un médecin écoutait non seulement la respiration de son patient, mais aussi son pouls : ensemble, ils donnent une image plus complète. Et la danse du patineur, point de départ de tout cela, se révèle être un instrument de précision : le rythme de la rotation cosmique raconte la profondeur cachée de la matière.
L'instabilité en question est appelée instabilité de faible $T/|W|$. Elle survient lorsque l'énergie de rotation de l'étoile devient inférieure à une certaine fraction de son énergie gravitationnelle, et elle peut transformer une étoile à neutrons en source d'ondes gravitationnelles périodiques, semblables au son d'un diapason.
Dans le roman « Contact » de Carl Sagan, un signal venu de l'espace se révèle être non pas un simple message, mais le plan d'une machine. Ici, la fréquence même des ondes gravitationnelles est le « plan » de l'intérieur d'une étoile à neutrons.